TEMA 9. MÃ¡quinas medidoras por coordenadas

INTRODUCCIINTRODUCCIN A LA METROLOGN A LA METROLOGAACurso AcadCurso Acadmico 2009mico 2009--1010

Rafael MuRafael Muoz Buenooz BuenoLaboratorio de MetrologLaboratorio de Metrologa y Metrotecniaa y Metrotecnia

LMMLMM--ETSIIETSII--UPMUPM

Curso Acadmico 09-10Introduccin a la Metrologa

TEMA 9. Equipos de metrologa dimensional: Mquinas medidoras por coordenadas.

TEMA 9. Equipos de metrologa dimensional: Mquinas medidoras por coordenadas.

1. Qu son las mquinas de medir por coordenas.

2. Mquina de tres coordenadas (MMC).

3. Mquinas de una coordenada horizontal (M1CH).

4. Mediciones de patrones de dimetro y estimacin de la

incertidumbre en una MMC.

ndice


Mquinas medidoras por coordenadas Mquinas medidoras por coordenadas


Mquina Medidoras por Coordenadas: Mquina que emplea componentes mviles que se trasladan a lo largo de guas con recorridos ortogonales, para medir una pieza por determinacin de las coordenadas X, Y y Z de los puntos de la misma.

Las coordenadas de los puntos se determinan con un palpador (de contacto o sin l) y sistema de medicin del desplazamiento (escala),que se encuentran en cada uno de los ejes.

Las Mquinas de Medicin por Coordenadas (MMC) son instrumentos que sirven para realizar mediciones dimensionales y de desviaciones de la regularidad geomtrica de objetos con forma simple o compleja.

Mquinas medidoras por coordenadas, MMC Mquinas medidoras por coordenadas, MMC


Bsicamente, las MMC miden puntos en el espacio

Es de primordial importancia la existencia de un origen para poder determinar la posicin.

La potencia de las MMC deriva de su capacidad para calcular, a partir de los puntos medidos, una gran cantidad de magnitudes dimensionales:

Distancias

Posiciones relativas

ngulos

Formas, etc.



Tipos de MMC

Por MMC se suele entender generalmente las mquinas de 3 coordenadas: 3 ejes (XYZ)

Existen tambin mquinas de una nica coordenada horizontal (M1CH), que junto a las MMC forman el grupo ms extendido de mquinas de medir por coordenas.

Por ltimo, se encuentran las mquinas de dos coordenadas (bidimensionales), menos utilizadas que las anteriores.



Registro de una pieza con una tcnica de medicin punto a punto.

Se asigna a cada punto las coordenadas (1, 2 o 3) referidas a un sistema de coordenas en 3D (origen comn).

Vinculacin numrica de las coordenadas asignadas a los puntos, con una geometra espacial completa de la pieza, a travs de un software de medicin.


Principio de funcionamiento de una mquina medidora de formas


La medicin de los patrones efecta mediante la ejecucin de programas de control numrico (CNC) para su automatizacin:

Menor influencia del operador en el resultado final de la medida. Mejor repetibilidad y reproducibilidad.

El CNC puede ser complementado con sistemas CAD

Automatizacin del proceso: Mayor nmero de medidas

Mejor tratamiento estadstico de los resultados obtenidos. Reduccin de costes econmicos (menor tiempo de calibracin).


Principio de funcionamiento de una mquina medidora por coordenadas


Mquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC Mquinas medidoras de 3 coordenadas, MMC

Estructura mecnica

Sistema de medida

Mesa de control

Electrnica

Ordenador



Obtencin de los puntos de medida mediante palpado



Configuraciones de una MMC




Las MMC cubren rangos de medida muy amplios:

Modelos compactos para medicin de piezas pequeas.

Modelos de gran capacidad para medicin de grandes volmenes.

Gran variedad de cabezales de contacto y pticos que permiten la medicin de piezas complejas y con zonas de difcil accesibilidad.




Las MMC cubren rangos de medida muy amplios




Gran variedad de cabezales de contacto y pticos

Cabezales de contacto (palpadores) Cabezales pticos



Errores de guiado y efectos trmicos en una MMC

De la calidad del guiado dependen los defectos de rectitud, as como los movimientos angulares:

Cabeceo Guiada Balanceo

Estos defectos dependen de los sistemas mecnicos o aerostticos, pero sobre todo de la calidad metrolgica de las guas de deslizamiento (en torno al micrmetro).

Tambin influye el tipo o los tipos de material constructivo y las condiciones ambientales reinantes.



Calibracin de MMC

Para la calibracin de las mquinas de coordenadas existen diversos mtodos, siendo los ms extendidos, por estar normalizados:

Los basados en la utilizacin de bloques patrn.

A partir de columnas de bloques patrn escalonados.

Tras situar estos patrones materializados en diversas posiciones y orientaciones espaciales, se determinan las desviaciones en la medicin, respecto al valor certificado de los patrones.

Se obtienen as distintas expresiones de la incertidumbre de medicin, en funcin de la longitud medida, tanto para mediciones segn los ejes, como en el plano o en el espacio.



Calibracin de MMC



Calibracin de MMC

Existen tambin otros mtodos basados en la utilizacin de placas dotadas de orificios de seccin esfrica, o de esferas, mediante las que pueden tambin evaluarse las prestaciones de la mquina.

Utilizando mtodos especficos se pueden eliminar la influencia de los errores de guiado de las mismas.


Las mquinas de una coordenada horizontal (M1CH) son equipos de medida que controlan una nica dimensin.

Mediante reglas a trazos internas, o sistemas interferomtricos lser acoplados, y un sistema de palpadores, se determina la dimensin de la pieza a medir.

En general, las M1CH se componen de:

Un brazo mvil y otro fijo

Zona de colocacin de la pieza

Sistemas de alineamiento

Sistema de palpadores.

Mquinas medidoras de 1 coordenada, M1CHMquinas medidoras de 1 coordenada, M1CH


Ejemplo de M1CH con regla patrn a trazos interna.

Contando con una amplia gama de accesorios, estas mquinas se pueden emplear para mediciones en un rango de valores desde 0,5 mm a 2000 mm.

Incertidumbres del orden de 0,2 m a 10 m.




Con los avances de la tcnica, en los ltimos aos han aparecido en el mercado M1CH con sistemas de medicin por lser:

Mayor precisin

Ideales para las necesidades de los laboratorios de metrologa.

Con el empleo de la interferometra lser se pueden alcanzar incertidumbres por debajo de los 0,1 m.

Utilizando mtodos especficos se pueden eliminar la influencia de los errores de guiado de las mismas.



En este tipo de mquinas es de crucial importancia el alineamiento del haz lser con el eje de medida de la mquina, con el fin de eliminar o minimizar el error de coseno.

Este tipo de sistemas suele constar de los siguientes componentes:

Una fuente lser de Helio-Nen (generalmente no estabilizado).

Sistema de palpado coaxial con el haz lser.

Zona de medida con capacidad de alineamiento de la pieza segn varios ejes.


Mediciones de patrones de dimetro (ext. e int.) en MMCMediciones de patrones de dimetro (ext. e int.) en MMC

MMC en modo palpado

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1. Seleccin del palpador a utilizar.

2. Calibracin del palpadorseleccionado.

3. Palpador intercambiable.

Conjunto pistn-cilindroColumna de BP escalonados


Mediciones de patrones de dimetro en MMCMediciones de patrones de dimetro en MMC

Estrategia de medicin:Comparacin frente a columna de bloques patrn escalonados calibrada

Dint

Dint Dext

Dext



Estrategia de medicin: Alineamiento del patrn

1. Eje con Mejor repetibilidad

Movimiento puro en el eje Y

2. Alineamiento de la pieza



Estrategia de medicin: Determinacin de las distancias (Dext y Dint)

1. Determinacin de distancias

Pto-Pto 10 puntos a cada lado (0 y 180) 100 mediciones Las medias se corrigen a 20 C?

2. Ciclo de medida

Medida REF Medida D Medida REF Cada medida se efecta tres veces

3. Medidas realizadas a 3 alturas

4. Defectos de forma

Defecto de redondez Medida al menos a 0 y 90

D = DN+ d

D- d

REFD = DN+ d

D- d

REF



Incertidumbre de medida: Modelo matemtico

D = DN+ d

D d

REF+ MD + MREF + MMC + TD = D

N+ d

D d

REF+ MD + MREF + MMC + T

D = Dimetro calculado

DN = Dimetro nominal

dD = Desviacin del dimetro al nominal

dREF = Desviacin del patrn a su valor de referencia

MD = Correccin debida a la medida del dimetro

MREF = Correccin debida a la medida del patrn

MMC = Contribuciones de la mquina

T = Efectos de la temperatura

Correciones a la medidaValor de D


Mediciones de patrones de dimetro en MMC: Balance de incertidumbresMediciones de patrones de dimetro en MMC: Balance de incertidumbres

U(D) (k=2)

0,16 mU(D) (k=2)

0,16 m

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